（教育技术学专业论文）基于multiagent的适应性网络教学系统的架构与实现.pdf

摘要 网络教学作为一种新的教学方式，伴随着计算机技术、网络技术和多媒体技 术的发展而迅速兴起并日益普及，然而随着高新技术的发展，传统的网络教学方 式已无法满足需要，因此研究具有智能技术的网络教学系统是一个大的趋势。目 前，将智能技术应用于网络教学系统当中，在一定程度上改变了传统的教育模式 和教学方法，并且对教育理念的发展也起到了一定的推动作用。 现有的网络教学系统对于学习者在知识学习与积累过程中的基本教学要求 都可以实现，但对于个体提出的适应性学习服务实现效果尚不理想，其主要体现 在现有的教学系统不能根据学生的学习风格提供相应的学习方式和学习内容，个 性化教学特点不突出。由m b t i 职业性格测试引发思考，将a g 锄t 技术引入智能教 学系统，构建了一种基于多a g 饥t 的适应性网络教学系统框架，分析了框架内各 a g 船t 的功能和工作过程，提出了一个学生学习特征提取和处理的模型。利用 a g c n t 自主性和对环境的反应能力，通过动态跟踪学生的学习过程，记录每次学 习和测试有价值的信息，采用对信息进行数据量化并计算其倾向相似程度的方 法，分析学生的学习个性特征，得出一种与学习者相适应的学习风格推荐给学生。 本文主要做了如下几方面的研究工作：( 1 ) 对目前国内外网络教育现状进行 分析概括，在现有的网络教学系统的基础上提出了一些探索性的思路，设计了一 种基于多a g 饥t 的智能网络教学系统模型；( 2 ) 认真地研究分析了心理学相关理 论、现代教学理论基础和相关的多媒体技术，如m b t i ( m y e r s b r i g g s 聊e i n d i c a t o r ) 性格评估测试、人工智能技术、网络技术、a g e i l t 技术，构想出具有个 性化学习功能的智能教学环境；( 3 ) 本文将a g 踟t 技术引入教学系统，设计一种 新型智能教学系统，通过动态跟踪的方式为学生动态呈现相应的学习内容和方 法，从而实现学习方式的最优化；( 4 ) 利用s q ls e e r 数据库系统，通过n e t 的 开发平台设计并实现了一个初步的智能教学系统模型。 关键词：m u l t i a g t 技术m b t i适应性学习 n e t 平台 a b s t r a c t w i m 廿l ed e 、，e l o p m e n to fc 响p u t e rt e c h n o l o g y n 咖o r k i n g 锄d 埘【u l t i m 础a t e c h n o l o g y ， n 印o r kt e a c i l i n g 嬲ab 啪d - n e wo d l l c a t i o n a lw a y 锄e 理r e sr a p i d l y 锄d p i 叩u l 撕z e sd a yb yd a y b u tw i mt l l ed e v e l o p m to fh i g h 甜l dr l e 、t c d m o l o g 蜘n l e 仃a d i t i o n a ln c t w o r kt e a c h i n gw a yh 够b e e nu na _ b l et o s a t i s 矽m ep e o p l e sl l e e d s ， l e r e 向r et 1 1 er e s e a r c ho f 廿l ei n t c l l i g e i l tt e c h n o l o g ) rn c 伽o r kt e a c h i n gs y s t 锄i sam 旬0 r t e l l d c i l c y a tp r e s c l l t ，p u t t i n gt l l ei n t e l l i g e i l tt e c l l l l 0 1 0 9 yi n t ot h en e 腑o r kt e a c l l ：i n g s y s t 锄c h a | l g e dn l e 仃a d i t i o n a le d u c a t i o n a lp a t t e n la l l dn l et e a c h i i l gm e t l l o dt oa c e r t a i ne x t e n t ，锄de f f b c tw i m m e d e v e l o p m e n to f m ee d l l c a t i o n a li d e a d 谢n gt 1 1 ep r o c e s so fm el e 锄e f ss t l l d y 锄da c c 啪u l a t eo ft l l ek n o 、7 l ，1 e d g e ，t l l e e x i s t i n gn e 觚o r kt e a c h i n gs y s t c i i lc a i lm a l ( em d rb a s i ct e a c h i n gd e q u e s tc o m et r l l e ，b u t i t sn o ta b l et op r o v i d es a t i s 助n gs e r v i c ef o rm ea d a p t i v el e a r n j n g e s p e c i a l l yi ti s 、阳a l ( i np r o v i d i n gs o m es u i t a b l el e a n l i n gp a t t e n l sf o r l e a n l e r so fd i f i f e 磁l tl e 锄i n g 卿l e s t l l ep e r s o n a l i z e dt e a c h i n gc h a r a c t 嘶s t i ci sn o tp r o m i n 髓t b ym ei n i t i a t i o no f m em b t ic a r e e rc h a r a c t e rt e s t ，c o m b i n e l ea g e n tt e c t m o l o g yw i mt h ei n t c l l i g e n t 搬l c h i n gs y s t 锄，觚a d o p t i v en e 觚o r kc a i 仔a m e w o r kb 弱c do nm u l t i a g e n ti ss c tu p ， a n d 廿l e 如n c t i o n so fe a c ha g e n ti n s i d et h em 玎n e w o r ka r e 锄a l y z e d am o d e lf o r e x m 烈i n g 锄dp r o c e s s i i l gm el e 锄1 e r sl e 锄i n gc h a r a c t 甜s t i c si sp r e s e n 协d u s i n gm e a g e n t si n d e p e l l d 锄c ya n dm er e a c t i o no fm ee n v i r o m n e l l t ，b y 仃a c i n gm el e 啪e r s l e 锄i n gr e c o r d sd y i l 锄i c a l l y w n t ed o 、硼廿l c i rv a l u a b l ei n f o m a t i o no fs t l l d i e sa 1 1 d t 韶t se a c ht i l i l e b ym em e 也o do fd o i n gd a t aq u a l l t i f i c a t i o no ft h ei n f o 硼a t i o na l l d c a l c u l a t e si t st e n d e n c ys i m i l a r i t y ，w ec a na n a l y z et l l ei n d i v i d u a l i t yo fn l e i rs t i l d y p r o c e s s t h e nw ec a l l0 b t a i nal 【i n do fs t u d ys t y l ew h i c ha d a p t sw i m m el e 锄e rm l d t h i sa n i c l em a i n l ym a k e ss o m er e s e 缸e i l e so nm ef o l l o w i n g ：1 a n a l y z e sa l l d s u m m 撕z e st h ep r e s e n ts i t u a t i o no fn e t w o r ke d u c a t i o na l lo v e fm ew o 订d ，p u t s f o 刑a r dam o d e lo fi 1 1 t e l l i g e i l tn e t 、) l r o f kt e a c l l i n gs y s t e mb a s c do na g e l l t s ；2 s 丽o u s l y s t l j d i e sa n da l l a l y z e sp s y c h 0 1 0 9 ym e o r i e s ，m o d e mt e a c l l i n gt l l e o r y 锄di t sr e l a t e d i i a p p l i c 撕o nt e c h n o l o g yo n 删l l t i i n 觚a f o rc x 嘲p l e ，m b t i ( m y e r s b r i g g s7 期p e i n d i c a t o r ) ，a r t i f i c i a li n t e l l i g c et e c h o l o 酗n e m o r kt c c ：t l i l o l o 鳜a g 锄tt e c l l l l o i o g y 狮di l 锶i g na ni n t e l l i g e n tt e a c h i n g 锄m r o n m 肌tw i mi n d i 啊小l a l i z e dl e a m i i l g 劬c t i o n ； 3 c o n l b i n e st l l ea g tt e c h i l o l o g yw i t l lm et c a c i l i n gs y s t e m ，d e s i 印san e wi i l t e l l i g 胁t t 髓c _ h i n gs y 曲鼬；4 0 n 也ep l a t f b 衄o f n 鸭d e s i g 璐a n dr e a l i z e s 觚疵h e t y p a l 也m u g l ld a t as y s t 锄o f s q ls e r v 既 k e yw o r d s ：m u l t i a g e l l tt e c h n o l o g km b t i ；a d 印t i v el 鲫m i n g ；n e tp l a t f 0 】胁 l i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞竖整盘鲎或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文版权使用授权书 期：地均 本人完全了解天津师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和磁盘。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：望貔导师签名：亟盎 日期： 第一章绪论 1 1 引言 随着网络技术的发展和教学系统的广泛应用，我们的教育理念、教学方法和 教育模式都产生了极大的改变。网络应用于教育领域，不仅给人们提供了大量便 捷的学习机会、丰富多样的教学资源，而且使学习活动更加自主化、个性化。随 着教学内容和教学体系的更新步伐日益加快，如今，网络智能教学系统已经成为 教育技术领域备受关注的研究内容。目前的网络教学系统，对于用户提出的服务 ( 如在线学习、知识点测试、问题解答、课表查询、作业提交、问题讨论) 基本 都能实现，但对于用户提出的适应性学习服务实现效果尚不理想。主要体现在现 有的教学系统不能根据学生的学习风格提供相应的学习方式和学习内容，教学内 容和方法比较单一、个性化教学特点不突出。本文着力设计开发一种交互性强、 个性化突出的新型网络智能教学系统。 1 1 1 国际网络教学发展概况 许多发达和发展中国家对网络教育均给予了高度重视，并积极采取措施，努 力扶持和发展这种全新的教育方式【l 】。为推进网络教育的普及与发展投入大量资 金。 1 9 9 7 年美国政府决定，在5 年内拨款2 0 亿美元，作为公立学校建立网络教育 系统的额外资助，学校所需的硬件设施由国家全部包下来；1 9 9 8 年底，美国联邦 通信委员会决定，每年陆续拨款帮助最贫困的学校早日进入信息高速公路。巴西 政府投资1 5 亿美元，建立了全国互联网教育科研系统。2 0 0 0 年，法国政府拨款5 亿法郎支持基金，用于全国小学配备电脑，为上网创造条件。瑞典国会在1 9 9 8 年通过了政府提交的学习的工具全国中小学实施信息通信技术计划，政 府在此后3 年内为该计划拨款1 5 亿克朗，同时带动地方政府为此项目进行投资， 不断扩大网络教育的普及化程度。 迄今为止，美国已有4 2 0 多所大学建立了网上虚拟学校，开设了2 0 0 多个专业， 通过网络进行学习的人数以每年3 0 0 以上的速度增加。1 9 9 9 年9 5 的中小学上 网，平均每9 名中小学生拥有一台上网的计算机。韩国的教育网站目i i i 已达到2 0 0 多个，而且还在以每天1 _ 2 个网站的速度增加；韩国教育学术情报院主办的“教 育网( e d u n e t ) ”，到2 0 0 2 年已突破8 0 0 万人。巴西的科研人员经过4 年建立的全 国互联网教育科研系统，其数据传输速度比普通互联网快1 7 倍；目前，该网络联 接着圣保罗、巴西利亚和贝洛奥里藏特3 个城市，预计到今年2 月份，巴西全国1 4 个主要城市都将加入这一系统。 除了在配套设备上大量投入资金之外，教学培训的层次和内容也更加宽泛多 样。世界各国正在充分利用网络教育能够满足人们在学习上不同需求的特点，对 学校教育的各个层面进行逐步改善。 1 1 2 我国网络教育发展现状 我国的网络教育最早始于1 9 9 4 年实施的“中国教育科研网示范工程，并有 了一定的发展。1 9 9 8 年9 月教育部批准清华大学、湖南大学、浙江大学、北京邮 电大学作为现代远程教育首批试点高校，开始了我国真正意义上的网络远程教 育。目前，网络课程的建设已引起我国教育部门和教育专家、学者的广泛关注， 进行了大量的研究、实践，并取得了一些阶段性的成果【2 】。 教育部给予政策上的支持，于1 9 9 9 年启动新世纪网络课程建设工程，用面 向2 1 世纪教育振兴行动计划中“现代远程教育资源建设项目”的经费重点支持 若干所高等学校网络教育学院的网络课程建设和应用，并实现资源共享。新世纪 网络课程建设工程在几年之内，重点规划建设2 0 0 门左右基础性的网络课程。该 工程的第一批项目已经完成，第二批项目已启动。 在教育部启动新世纪网络课程建设工程研讨会上，与会专家讨论了网络课程 建设的理论基础、原则、技术规范、方法等，提出了现代远程教育资源建设技 术规范( 试行稿) ，为课程的开发提供了一个方向。在实践方面，3 l 所高校的网 络学院和各中小学网校都在积极开发网络课程，但是开发网上课程时出现了很多 问题。首先，教师与课程开发脱节，教师主要负责网上课程教材的编写工作，而 网上课程的建设则是技术人员的事情；其次，网络课程技术层次比较低，仅限于 对课程资料和课件链接的简单罗列，而没能实现教学中的师生互动和评价环节。 按照金伯格( g i n s b u 娼，1 9 9 8 ) 等人的划分，网络课程可以分为三代：第一 代是通过网页给学习者提供教学材料和有关资料，以及与其他的有关教育网连 接；第二代是除了在网上提供学习材料外，还要求学习者通过电子邮件、电子公 2 告栏、网上练习和测量进行异步双向交流；第三代是除了第一代、第二代外，还 要求通过网上交谈室、电话会议、视频会议或m u d s ( m o o s ) 系统进行同步双 向交流。当前世界网络课程正在向第三代发展。我国的网络课程大部分处于第一 代或第二代，基于网络课程教学的效果也并不是很理想，大部分高校网络学院都 在其他省市开办教学点，部分沿用传统课堂教学来提高教学效率。 1 1 3 我国网络教学存在的弊端 目前，国内高校一般都建有良好的校园网环境，为开展网络教学提供了必要 的硬件基础。然而，不少现有网络教学系统却没能充分利用和发挥这些资源应有 的特色和优势，在教学模式、系统模型和开发技术上都还存在着较大的缺陷【3 1 。 主要包括：( 1 ) 智能性较差，对不同基础不同要求的学生和不同课程采用相同的 教学策略，不能根据学生的认知水平和自主学习情况自动调整教学策略；( 2 ) 缺 乏共享和协作机制，网络课程、多媒体课件、作业提交与批改系统、考试系统、 教师网页等教学模块往往自成体系，不利于知识的共享与协作；( 3 ) 缺乏推理机 制和学生模型的支持，不能确定学生的知识水平和认知特点，不能根据学生的意 愿和理解能力去提供适合该生的学习材料并做出针对性的指导，即不能很好的做 到因材施教；( 4 ) 缺乏对学生自主学习过程、学习进度、学习效果的有效监控和 合理评价；( 5 ) 缺乏对学生学习情绪的感知和识别，不具备情绪教学的功能。 一般地，传统的网络教育系统可以由以下的功能模块组成：选课学习模块、 视频点播模块、在线考试模块、讨论模块、问题交流模块和上传作业模块，如图 1 1 所示【4 】。可以看出，传统的网络教育系统的几个子系统之间相互独立，这种网 络教学系统没有考虑用户的个性需求，没有对学生的行为进行研究，不能根据学 生的差异提供适合学生的个性化教育，不是以学生为中心，而是以系统为中心， 要求学生去适应系统，不是系统去适应学生的需要。 网络教学系统 ：工、 选课学习视频点播在线考试问题交流上传作业 模块模块模块 讨论模块 模块模块 00王： l 课件库 视频库试题库问题库作业库 图1 1 传统的网络教学系统模型 一方面，上述缺陷的存在对智能网络教学系统的深入发展和广泛应用带来了 较大障碍。另一方面，计算机技术、多媒体技术、网络技术、n e t 技术、人工 智能技术等信息技术的发展又为解决上述问题提供了一定的技术条件。因此，深 入探索网络教学环境下的教育理念、教学模式和教学方法，充分利用现有信息技 术成果，研究更加先进的智能网络教学模型，不仅可行，而且也是智能网络教学 系统研究、开发和应用中的一项重要内容。 当前，高等教育中大量使用现代教育技术，计算机辅助教育、多媒体、网络 教学都已经应用于日常的教学当中【5 1 。但是，还有一些问题没有得到很好的解决， 存在的问题如下：在网络资源建设中片面强调课件开发，而忽视包括支撑网络教 学与管理的智能平台以及整个网络课程资源和环境的建设；网络远程教育资源的 数量和丰富程度依然不能满足教与学的实际需要；网络远程教育资源的教学设计 和开发不够，特色不充分，特别是在如何适应自主学习和协作学习、研究探索型 学习和问题解决型学习等创新的教学模式和培养学生创新精神和实践能力方面 的研究成果和实践进步不明显。 1 2 智能教学系统相关情况介绍 1 2 1 智能教学系统简介 i t s ( i n t e l l i g 胁c e1 u t o r i n gs y s t 锄) 是以认知科学为理论基础，综合利用人工智 能技术、教育心理学、计算机科学等多门学科的成果而形成的一种对学生实施有 效教学的技术。i t s 系统的智能性主要表现为【6 】： l 、i t s 系统区别对待不同的学生，注重一对一的师生关系( t u t o r i n 曲，讲究 根据不同学生的认知特点进行个性化教学，实现“因材施教”。 2 、系统具有一定的自主性，动态了解学生的学习状态，根据学生的水平和 学习情况选择和调整学习内容和进度，系统自动生成各种问题和联系，在理解教 学内容的基础上自动解决问题并生成答案。 3 、系统具有一定的智能性，以最佳的方式组织教学。系统可以诊断学生的 学习错误，分析原因并采取纠正措施，能自动评价学生的学习行为，不断改善教 学策略等等。 从上述分析可知，在高等教育教学中使用具有智能性的智能教学系统，将可 以有效地弥补其教育教学上的缺陷和不足，改善学生的学习效果，提高教学效率， 4 对高等教育具有极大的推动作用。 1 2 2 智能教学系统研究概况 计算机用于教育的研究，是从本世纪5 0 年代开始的【7 1 。在5 0 年代，计算机应 用于教育的主要特点是线性程序( 1 i n e a rp r 0 肝吼s ) ，程序提供一系列步骤使学生 逐渐接近目标。到6 0 年代，引入了分支程序的概念( b 啪c h i n gp r o 伊a m s ) ，学生 能够在一定程序上决定学习的路径，从而可以有限地自主选择一未知的、有用的 内容进行学习，为( 程序的) 个性化教学提供了可能。到了7 0 年代，计算机用于 教育的进展则是实现了教学材料的自动生成( g 踯酬i v ep r o 黟a m ) ，习惯上称为 生成系统，即由计算机生成问题及其解答，并对学生的回答作出有限的评价。几 乎与此同时，智能教学系统( 1 1 1 t e l l i g e n tt u t o r i n gs y s t 锄，i t s ) 作为一个新概念形 成了。随后，i t s 的研究进入了全面展开的时期，人们就r r s 中的主要问题进行了 较为深入的研究，其不少研究成果主要是在这一时期取得的。这一时期i t s 的研 究受人工智能研究的影响较大。进入9 0 年代以后，随着计算机软硬件功能的提高， 计算机处理问题的能力的提高，如图像界面的处理工作、工业领域复杂过程的模 拟、视频教学的出现等，使得人们对i t s 的研究思路发生了变化。这一时期，多 媒体i t s 发展很快，同时认知理论的发展、关于学习过程的研究成果对r r s 也有较 大贡献。近几年来，由于i i l t e n l e t 的飞速发展，给i t s 的发展带来了新的生机。 h l t e n l e t 中的网上教学、资源共享、实时交互、超媒体等技术将给i t s 及传统教育 带来新的变革。 国外对i t s 的研究较多，最为活跃的是美国，此外，欧洲、日本、加拿大等 国家也纷纷投入人力、物力和财力从事i t s 的研究。研究工作主要在大学和军方 进行，美国一些知名的大学如s t a i l f o r d ，m 风m 锄p h i s ，c a n l e 西e m e l l o n ， j o l l l l s h o p l 【i n s ，c a l i f o m i a 等都在进行这方面的研究工作，开发出了一些智能相对 较高的应用i t s 软件。建立了内容丰富的智能化教育网站。美国国家科学基金会 ( n s f ) 资助总数达o 2 2 5 亿美元基金，以进行人类学习和创造的学习和智能系统 ( l e 锄i n ga j l di i l t e l l i g e i l c e ) 的研究。m e m p h i s 大学开发研究了1 5 年的t u t o r 系统，通 过a i 、认知科学和复杂系统的研究，该系统能够进行不同学科的教学。系统能够 对学生的问题适当反应，由计算机进行提示和暗示。1 、l t o r 不通过多项选择就能 够根据对问题的键入和口头反应进行决策，对可能产生的语法或语义不正确的语 言进行解释等。表1 1 是历史上一些典型的r r s 系统。 表1 1 典型r r s 系统 i t s 系统名称 教学领域 开发者 开发时间关键i t s 技术 s c h o l a r地理学c a r b o n e l l1 9 7 0 自然语言对话处理 w h y 气象学 s t e v e n s c o l l i n s1 9 7 7 对话教学 s o p h i e电子学 b r o w n ，b u r t o n 1 9 7 7自然语言接口、黑箱法 、v u s o r 游戏策略g o l d s t e 玳 1 9 7 9 覆盖体系结构 g u i d o n 传染病学 c l a n c e y1 9 8 l 专家系统，白箱法 w e s t 游戏策略 b i 珉1 n1 9 8 l 基丁范例的教学、教练 b u g g y 算术 r o w n v 久n l e h n1 9 8 2 不正确知识表示 d e b u g g y算术b ur ，i o n v a n l e h n1 9 8 2离线对话 s t e a m e r 海军锅炉 s t e v e n s h o l l a n1 9 8 3 设计模拟，智力模型 l m s 几何学 s l e e m a n1 9 8 4 错误产生式规则 m e n o 气象学w o o l f 1 9 8 4 编程对话管理 p r o u s t编程技术j o h n s o n1 9 8 4意图诊断 a c t pl i s p a n d e r s o n1 9 8 4 语言辅导认知建模 s i e r r a 算术 n l e h n1 9 8 7 错误描述 s h e r i o c k 电子学l e s g o l d 。k a r z 1 9 9 l 认知学生模型 国内i t s 研究起步较晚，早期的研究工作主要集中在一些大学和研究机构， 且经过严格评测的实用系统较少。最近几年则发展较快，有很多科研机构开始进 行i t s 的研究开发工作，一些计算机公司也投入到教育软件的开发中来，国家教 委成立了专门的机构以推动计算机在教育中的应用。教育网站建设发展很快。特 别是随着i n t e n l e t 技术的发展与普及，国内的现代远程教育迅猛发展，国家教育 部考试中心于1 9 9 9 年开通了“全国高等教育自学考试答疑网络”，在远程教育方 面进行了成功的探索。现代远程教育继续扩大试点，“网络大学”近年快速发展。 我国的现代远程教育的迅猛发展，必将大力推动基于远程教育的i t s 发展。 为贯彻面向2 l 世纪教育振兴行动计划精神，实现教育部提出的“远程教 育要跨越式发展”的要求，2 0 0 0 年秋季北京大学现代远程教育在1 3 个省( 市) 1 5 个教学中心扩大试点，在办好原有专业本科学历教育的基础上新开设一个研究生 进修班，为社会各类在职人员创造了更高层次的求学深造机会。2 0 0 1 年北京大学 6 现代远程教育继续扩大招生，学生可参加全国成人高等教育统一入学考试，也可 参加由学校自己命题组织的入学考试。其办学层次分为硕士、本科和专升本，所 涉及的专业包括国际经济与贸易、金融学和法学。清华大学目前采用卫星数字广 播、计算机互联网和有线电视网三网互补的远程教学传输手段，利用v s a t i s d n 视频会议系统、可视电话等实时交互手段，利用计算机互联网的e m a i l ， b b s 作为非实时交互手段完成课堂讨论、答疑。学员可根据当地站点的情况采取到站 点集中收视或利用计算机网络、利用有线电视网等方式进行学习。 1 3 智能代理技术简介 9 0 年代以来，随着多媒体和i n t e m e t 的迅速普及，一种全新的学习理论与教 学理论建构主义理论日益盛行【8 】。这种理论强调在教师指导下，以学生为中 心进行学习，教学过程中不仅要发挥教师的指导作用，更要充分体现学生的认知 主体作用。因此教学中的智能不仅体现在辅助老师的“教 ，而且更应体现在辅 助学生的“学 【9 1 。智能代理技术正是在这样的背景下，逐渐成为网络教学领域 中的一种主流技术，智能代理( i n t e l l i g e n t a g e n t ) 技术在网络教学中的应用同益 普遍。过去的智能辅助教学主要强调辅助教师“教 ，而现在我们更加关注和利 用“学生模型 、“知识推理 、“教学决策”等策略性模块，帮助教师实现因材施 教和进行有针对性地指导。 1 3 1 对智能代理的理解 人工智能领域的智能代理( i n t e l l i g e n t a g e n t ) 技术定义非常广泛，现在并没 有一个统一的标准。m i c h a e lw b o l 埘d g e 等人对软件a g e i l t 下了一个比较松散的定 义：一个能够根据它对其环境的感知，控制其自身的决策和行为的程序【1 0 】。这 个定义高度抽象概括了a g e i l t 的基本功能属性，由于不同的领域应用起来的侧重 点不同又有各种各样的定义【1 1 】【1 2 】。 1 3 2 智能代理在国内外的研究现状 智能网络教学平台中的智能部分国内外都有研究，学生的兴趣是通过界面来 初始化自己的学习兴趣并被存储到知识库中，并不是通过与系统相互作用由学生 a g e n t 模型不断学习而形成的【1 3 】。学生a g e r l t 与教师a g e n t 之间的相互交流的时候， 通过一个f a c i l i t a t o r 代理【1 4 1 。当学生在学习过程中遇到某一方面的问题时，他会 7 通过自己的学生代理向i n t 锄卅是出这个问题，由f 撕l i t a t o r 接受学生代理提出的 问题，然后找到最合适解决此类问题的教师代理。这项研究的一个前提是首先要 为每个教师建立网上的代理人，但是进行跨h l t 锄e t 的搜索代价显然是很大的。 几乎所有的文献都是对系统的某一个方面研究，没有把智能部分统一起来分析它 们之间的联系。 国内的教学网络平台的建设一般都强调学生的注册系统、教师注册系统、知 识库的构造【1 5 】。几乎不考虑平台中的智能问题，但是网络教学平台中内容却十 分丰富。许多学校也比较重视远程教学的建设问题，但是都停留在如何教学生利 用网上资源，如何与教师进行在线交流。目前国内智能平台比较优秀的网站，比 如网上人大、华东师大等网络学院，把学生进入网上学习的方法划成框图或用动 画给予讲解，使学生一目了然【1 6 】。另外还有一些网络教学平台提供智能推理部 分指导学生的学习任务，但是这种技术目前还不是十分完善，学生的网上学习仍 旧需要教师的参与。 网络教学平台中的学生模型是关键模型，通过建立学生模型可以很好地估计 出学生的学习兴趣、对学生的学习行为进行预测。比如：p e i l g 一鼬a tp e k 和鼬m l e n g p o h l 应用贝叶斯网络建立学生模型【1 7 】，并根据学生在学习过程中表现，把学生在 学习过程中的一些变量反馈给系统的e v i d e i l c e 进行概率推理，预测出学生的下一 步行为，为其选择最合适的教学内容。d i e t r i c ha l b e n 和c o r dh o c k 锄e y e r 通过对 知识空间理论的分析，得出超文本与知识空间在结构上的相似性，对知识进行建 模，使之适用于w 曲。j o e lm a n i n 和k u nv a n l e h ( o l a e ) 使用贝叶斯网络对学 生的学习结果进行评价，分析出学生学习过程中的不足与缺陷。 1 4 主要工作及本论文的章节安排 1 4 1 论文的主要内容 1 对目前国内外网络教育现状进行分析概括，在现有的网络教学系统的基 础上提出了一些探索性的思路，设计了一种基于多a g e i l t 的智能网络教学系统模 型； 2 认真地研究分析了心理学相关理论、现代教学理论基础和相关的多媒体 技术，如m b t i ( m y e r s b 啦拶聊ei n d i c a t o r ) 性格评估测试、人工智能技术、 网络技术、a g e n t 技术，构想出具有个性化学习功能的智能教学环境； 3 本文将a g e n t 技术引入教学系统，设计一种新型智能教学系统，通过动态 跟踪的方式为学生动态呈现相应的学习内容和方法，从而实现学习方式的最优 化： 4 利用s q ls e e r 数据库系统和c 撑语言，通过n e t 的开发平台设计并实现 了一个初步的智能教学系统模型。 1 4 2 论文的章节安排 本文共分六章。 第1 章对国际国内网络教育及智能教学网络发展现状做了介绍，并简单叙述 了智能代理( a g e l l t 技术) 的定义和研究现状。 第2 章讨论了网络教学系统设计中的基础理论，包括人本主义学习理论、构 建主义学习理论、教学系统设计基础理论等。 第3 章介绍了网络教学系统设计中的相关技术，包括：人工智能技术、a g e n t 技术、n e t 平台等。 第4 章由m b t i 职业性格测试引发对适应性网络教学系统设计的思考，并对适 应性网络教学系统模型的设计做了详细地阐述。 第5 章论述了利用n e t 平台、s q l s e e r 数据库系统和c 撑语言等工具开发了 一个原型系统，介绍了部分功能模块的原程序。 第6 章总结与展望，本章对本论文的工作做了回顾和总结，归纳出了本论文 的主要工作，并对今后的进一步研究工作做了展望。 9 第二章网络教学系统设计中的基础理论 网络课程是一种重要的网络教学资源，设计和开发网络课程都离不开教学系 统设计理论的指导，如何在网络课程开发中进行有效的教学系统设计是开展网络 教学的保障【1 8 】。利用先进的计算机技术，设计和开发智能的多媒体网络教学系 统：系统的设计以建构主义学习理论和教学理论为指导，运用智能a g e n t 技术， 根据学生的模型数据和知识类型确定教学过程中采用的基本教学策略，在具体的 学习过程中通过监视人机交互进行动态的教学策略调整，从而实现适应性学习和 智能化教学，构建一个智能化较强的网络课程教学环境。 2 1 教学系统设计基础理论 教学系统设计是以人类对传播与学习的研究作为主要理论基础并包括其他 相关的学科理论和研究成果为依据的，它是运用系统方法，分析教学过程的诸环 节和要素，确定并解决教学问题，实现教学最优化的现代化教学技术。教学系统 设计产生于2 0 世纪6 0 年代，自其产生的4 0 余年来，教学系统设计的理论和方法都 得到不断地丰富和发展。 “教学系统设计的最终目的是为了促进学习者的学习。因此，进行科学的 教学系统设计，必须从了解学习的发生机制和学习的本质问题入手。教学系统设 计是架设于学习理论与教育教学实践之间的一座桥梁。纵观教学系统设计的发展 轨迹，可以清晰地看到学习理论对教学系统设计的影响最为深刻。每一次学习理 论的发展，都必然为教学系统设计带来巨大的触动和冲击。学习理论的发展大致 可以分为行为主义学习理论、认知广义学习理论、建构主义学习理论和人本主义 学习理论等，所以相应地出现了基于行为主义的教学系统设计理论、基于认知主 义的教学系统设计理论、基于建构主义的教学系统设计理论和基于人本主义的教 学系统设计理论【1 9 1 。 2 2 系统设计依据的相关学习理论 2 2 1 行为主义理论 近二十年以来，教师在教学过程中一直采用的教学理论是行为主义学习理论 【2 0 1 。行为主义学派认为人类学习过程是被动地接受外界刺激和过程，而教师的 1 0 任务只是提供外部刺激，即向学生灌输知识，学生的任务则是接受外界刺激，即 理解和吸收教师传授的知识。这种理论基础反应在教学中，就是教学过程绝对地 以教师为中心，教师通过讲授、板书、用教学媒体的辅助，把教学内容传递给学 生或者灌输给学生。教师是整个教学过程的主宰，学生则处于被动接受老师灌输 知识的地位。 以桑代克( t h o m d i k e ) 、华生m 址s o n ) 和斯金纳( s k i i l i l 神为代表的行为主义心 理学家通过一系列动物实验，推演得出学习是形成刺激与反应之间联结的过程。 因此，“刺激反应”是行为主义学习理论的核心。由于这种学习理论强调外 部刺激的作用，并可以通过行为目标来检测和控制学习的结果，因此，基于行为 主义的教学系统设计关注任务的分析和学习目标的确定。学习目标要明确、具体； 任务要细化，要与学习目标对应，以使学习者能够有效地达到预先设定的学习目 标。 2 2 2 认知学习理论 随着教学理论研究的发展，教师又采用把学生看作是信息加工主体的认知学 习理论。认知主义学习理论的基本观点是：人的认知不是外界刺激直接给予的， 而是由外界刺激和认知主体内部心理过程相互作用的结果( 内部心理过程包括态 度、需要、兴趣和爱好以及原有的认知结构即过去的知识与经验) ，学习过程是 每个人根据自己的态度、需要、兴趣和爱好，并利用过去的知识经验对当前外界 刺激主动地做出的、有选择的信息加工的过程。教师的任务不是简单地向学生灌 输知识，而是要首先激发学生的学习兴趣和学习动机，然后再将当前的教学内容 与学生原有认知结构有机地联系起来，学生不再是外界刺激的被动“接收器”， 而是主动地对外界刺激所提供信息进行选择性加工的主体。 由于行为主义学习理论只是将学习者看作“黑箱 ，即只强调外部刺激的作 用而忽视学习者内部心理过程的作用，所以这种学习理论运用于教学实践具有很 大的局限性。以布鲁纳( b m n 哪、加涅( g a 印e ) 为代表的认知主义心理1 0 学家认为 学习不仅仅是刺激与反应之间的简单联结，而是一种积极主动的内部加工的过 程。因此，认知主义学习理论不仅重视学习者的外部刺激与外显的反应行为，而 且重视学习者的内部心理过程的作用。人的学习是包括就同层级的，不同类型的 学习需要不同的外部条件和内部条件的支持。因此，基于认知主义的教学系统设 计不仅关注学习目标的设置和明确陈述，而且注重学习类型的划分、内部条件和 外部条件的设计。 2 2 3 建构主义学习理论 现在，随着心理学家对人类学习过程认知规律研究的不断深入，认知学习理 论的一个重要分支建构主义学习理论在教学过程中逐渐流行。建构主义认为 教学模式应该是以学生为中心，在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮 助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主 动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建 构的目的。在这种模式中，学生是知识意义的主动建构者；教师是教学过程的组 织者、指导者、意义建构的帮助者、促进者；教材所提供的知识不再是教师传授 的内容，而是学生主动建构意义的对象；媒体也不再是帮助教师传授知识的手段、 方法，而是用来创设情境、进行协作学习和会话交流，即作为学生主动学习、协 作式探索的认知工具。 因为建构主义所要求的学习环境得到了当代最新信息技术成果的强有力支 持，这就使建构主义理论同益与广大教师的教学实践普遍地结合起来，从而成为 国内外学校深化教学改革的指导思想。由于现有的多数远程教学系统的设计仍以 行为主义的刺激反应理论为指导，系统设计仍然遵循“呈现学习材料学 生反应信息反馈 的模式，缺乏先进的学习理论的指导，因此教学缺少个性 化，教学效果较差。本文所设计的远程教学系统是以建构主义学习理论为指导思 想，这是对远程教学系统发展的很好尝试，在一定程度上可以提高现有远程教学 系统的个性化水平。 不管行为主义学习理论还是认知主义学习理论都认为知识是外部客观世界 的真实反映，学习是获取科学、客观知识的过程。因此，基于行为主义的教学系 统设计和基于认知主义的教学系统设计都认为教学是传授客观知识的过程，教学 结果是可以预先规定的，复杂的知识可以分解成若干简单的知识，针对这些知识 进行精密的设计。以皮亚杰( p i a g e t ) 、维果斯基( v y g o t s l ( i a l l ) 为代表的建构主义心 理学家则认为知识并不是真实的“客观存在”，学习是自我建构知识的过程。由 于学习者认知结构和文化背景存在差异，所以知识在学习者头脑中建构的意义也 截然不同。基于建构主义的教学系统设计强调以学生为中心；强调“情境 对意 1 2 义建构的重要作用；强调协作学习的设计；强调信息资源和学习环境的设计。 2 3 建构主义学习理论对网络教学系统的指导作用 建构主义学习理论认为，学习是学习者通过一定的情景( 社会文化背景) ， 借助其他人( 教师或学习伙伴) 的帮助，利用必要的学习资源，通过协作与会话的 方式，主动建构知识意义的过程。在网络教学系统的开发中，建构主义学习理论 的指导主要体现在以下几个方面f 2 1 】： l 、情境创设。建构主义学习理论强调为学习者提供真实的情境。一方面能 够激发学习者的学习动机，使学习者产生学习需求，驱动学习者主动学习、积极 探究；另一方面能够增强知识运用的情境性，有助于学习者完成知识的意义建构， 实现知识的有效迁移。有网络教学系统的开发中，利用多媒体的直观情境，激发 学生的学习兴趣。 2 、学生作为认知主体的体现。在网络教学系统的开发中，不能仅仅注重知 识内容的呈现，更重要的是强调学生在利用网络教学系统进行学习的过程中认知 主体的体现。 3 、教师作为主导作用的体现。在网络教学系统的开发中，可以从以下三种 途径实现教师的主导作用： ( 1 ) 设计教学策略帮助学习者实现知识的意义建构。教师可以灵活而巧妙地 设置各种不同的激励策略和教学策略，从多种角度激发学习者的学习动机，为学 习者提供个性化的学习指导，从而更好地发挥学习者主人翁的精神，自主完成知 识的意义建构。 ( 2 ) 引导和监控学习过程。在网络教学系统中，学生的自主学习和协作学习 都离不开教师的引导，可以借助于人工智能技术，对学习者实现在线的个性化学 习指导。网络